В Политехе создали новый наноструктурированный материал
Он подходит для работы при высоких температурах
Междисциплинарный научный коллектив Самарского политеха (Самарский государственный технический университет, СамГТУ) смоделировал и синтезировал новый неорганический медь-замещенный материал на основе МАХ-фазы карбосилицида титана (Ti3SiC2). Работу, поддержанную грантом Российского научного фонда (№ 24-79-10187), возглавляет ведущий научный сотрудник кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» Эмиль Умеров. Часть исследований ему помогала выполнять доцент кафедры «Общая и неорганическая химия» Елизавета Морхова, а также коллеги из Самарского государственного медицинского университета. Результаты опубликованы в престижном научном журнале The Journal of Physical Chemistry C, входящем в высший квартиль (Q1) в международной системе рейтинга научных журналов (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5c00122).
– МАХ-фазы – это относительно новый класс керамических материалов с некоторыми свойствами металлов, – поясняет Эмиль Умеров. – Они характеризуются уникальными комбинациями химических, физических, электрических и механических характеристик, а также особым многослойным строением, что позволяет их одновременно отнести к металлам и керамике. Особое сочетание свойств обусловлено уникальной атомной слоевой структурой их кристаллов.
По словам исследователей, MAX-фазы обладают, в частности, высокой эластичностью и прочностью, стойкостью к коррозии, имеют хорошие показатели теплопроводности и электропроводимости, низкий коэффициент температурного расширения, отличную термостойкость и жаропрочность. Кроме того, эти материалы хорошо показывают себя в условиях трения, достаточно пластичны. Некоторые виды MAX-фаз также обладают повышенной сопротивляемостью усталости материала и окислению.
– Мы смоделировали структуры новых соединений, относящихся к группе популярных в научной среде МАХ-фаз, – рассказывает Елизавета Морхова. – При помощи высокопроизводительных вычислений в рамках теории функционала плотности мы показали, что в нанослоистую структуру одного из представителей МАХ-фазы – карбосилицида титана (Ti3SiC2) – можно внедрить атомы меди, частично заместив кремний до половины его содержания.
Полученные соединения оказались стабильным, и политеховцы смогли оценить их основные физико-механические свойства и приступить к экспериментальному синтезированию.
– Мы использовали экологичный и эффективный метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения чистой МАХ-фазы, а затем в печи провели ее модификацию, получив медь-замещенную структуру. В итоге нам удалось создать и экспериментально подтвердить фазу медьсодержащего карбосилицида титана (Ti3Si0.93Cu0.07C2), – отмечает Эмиль Умеров.
Молодые ученые планируют провести дальнейшие исследования по внедрению в структуру МАХ-фазы большего содержания меди, а также нескольких атомов одновременно.
Сегодня МАХ-фазы рассматривают как перспективные огнеупорные или конструкционные материалы. Так, их можно использовать в качестве высокотемпературных нагревательных элементов, покрытий для электрических контактов. Также они эффективны при производстве медицинских имплантатов костной ткани организмов и в триботехнике.
